Die Geschichte des Lebens auf der Erde kann nicht ohne Photosynthese erzählt werden, dem Prozess, bei dem Pflanzen (und einige andere Lebensformen) Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln. Jetzt hat ein Forscherteam die Entdeckung versteinerter photosynthetischer Strukturen – der ältesten bisher bekannten – aus der Zeit vor unglaublichen 1,75 Milliarden Jahren bekannt gegeben.
Die Strukturen gehören zu Mikrofossilien von Navifusa majensis, ein vermutlich in Nordaustralien vorkommendes Cyanobakterium. Cyanobakterien sind eine Art von Mikroorganismen, die Energie aus der sauerstoffhaltigen Photosynthese gewinnen, bei der Wasser und Kohlendioxid mithilfe der Energie des Sonnenlichts in Glukose und Sauerstoff umgewandelt werden. Somit helfen die uralten Bakterien Wissenschaftlern zu verstehen, wie einer der grundlegendsten Lebensprozesse auf der Erde entstand. Die Forschung des Teams ist veröffentlicht heute in der Natur.
„Diese Entdeckung verlängert den Fossilienbestand solcher Innenmembranen um mindestens 1,2 Milliarden Jahre“, sagte Emmanuelle Javaux, Biologin an der Universität Lüttich in Belgien und Mitautorin der Studie, in einer E-Mail an Gizmodo. „Die Anordnung dieser Membranen in fossilen Zellen ermöglicht ihre eindeutige Identifizierung als Cyanobakterien, die zum Zeitpunkt ihres Todes vor 1,75 Milliarden Jahren aktiv die frühe sauerstoffhaltige Photosynthese durchführten!“
Mit anderen Worten: Das Fossil ist ein bemerkenswerter Einblick in einen grundlegenden Prozess auf der Erde, der das Leben, wie wir es kennen, hervorgebracht hat. Australien ist reich an Bakterienfossilien, die Aufschluss über einige der frühesten Lebewesen auf der Erde geben. Tatsächlich liegt der älteste bekannte Beweis für Leben auf der Erde in Form von „Fast“ vor 3,5 Milliarden Jahre alte Stromatolithengeschichtete Konkretionen uralter Mikroben.
Ungefähr eine Milliarde Jahre nach diesen ältesten Lebenszeichen – und Hunderte Millionen Jahre bevor die vom Team untersuchten Mikrofossilien lebten – erlebte die Erde das Tolles Oxidationsereignis, ein Zeitpunkt, an dem Sauerstoff viel schneller als zuvor produziert wurde. Wann genau sich die sauerstoffhaltige Photosynthese in Cyanobakterien im Zusammenhang mit dem Großen Oxidationsereignis entwickelte, ist unbekannt.
Obwohl die N. majensis Obwohl der von dem jüngsten Team untersuchte Stromatolith jünger ist als die ältesten, stellt er einen weiteren Datenpunkt in der Zeitleiste der sauerstoffhaltigen Photosynthese dar. Frühere Forschung hat darauf hingewiesen, dass die Bakterienlinien, in denen sich die Photosynthese entwickelte, heute möglicherweise nicht mehr existieren. Mikrofossilien solcher Organismen sind daher der Schlüssel zum Verständnis, wie diese Evolution stattgefunden hat. Cyanobakterien sind es auch gilt als Vorfahr der Chloroplasten in Pflanzen, was ihre Fossilien zu perfekten Objekten macht, um den Ursprung der Photosynthese zu verstehen.
Das Team von Javaux untersuchte Fossilien aus Australien, der Demokratischen Republik Kongo und der kanadischen Arktis in der Hoffnung, daraus Cyanobakterien identifizieren zu können. Obwohl Taxa ähnlich N. majensis seien schon seit langem bekannt, sagte Javaux, ihre Identifizierung könne aufgrund ihrer einfachen Morphologie schwierig sein.
Das Team identifizierte die Mikrostrukturen in N. majensis B. Thylakoide, eine Art membrangebundene Struktur, die in pflanzlichen Chloroplasten und einigen modernen Cyanobakterien vorkommt. So ermittelten sie, dass das Mindestalter für die Spaltung zwischen Cyanobakterien mit und solchen ohne Thylakoide bei etwa 1,75 Milliarden Jahren lag.
Während die Zeitleiste der sauerstoffhaltigen Photosynthese nun einen anderen Zeitrahmen hat, liefern die neuen Erkenntnisse nicht viel Aufschluss darüber, wann sich die Photosynthese im Zusammenhang mit dem Großen Oxidationsereignis entwickelte. Allerdings gibt es weitere Fossilien wie das Thylakoid-tragende N. majensis könnte einige Antworten liefern.
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